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光储充发展现状与难点

   2023-06-30 固德威技术股份有限公司小固4690
核心提示:01市场洞察—随着环保意识的不断提高和对传统燃油汽车的限制加强,新能源汽车在近年来爆发发展。2022年中国新能源汽车销量全球第一,占全球比重超过60%。到了2023年,仅4月份,中国新能源汽车销量就达到49.44万辆,同比增长86.28%。中国乃至全球市场的高景气

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市场洞察


随着环保意识的不断提高和对传统燃油汽车的限制加强,新能源汽车在近年来爆发发展。2022年中国新能源汽车销量全球第一,占全球比重超过60%。到了2023年,仅4月份,中国新能源汽车销量就达到49.44万辆,同比增长86.28%。


中国乃至全球市场的高景气发展,推动充电基础设施服务需求的快速增长。充电服务市场已经形成了以充电站、充电桩为主的基础设施服务,辅以各种充电服务产品,如充电APP、充电卡等。


从政策上看,我国公共充电服务市场可以分为四个阶段。2006到2014是萌芽期,随着政策的指导和支持,比亚迪、国家电网开始投运充电站;2015到2018是成长期,有了发改委牵头,财政部支持,以及资本市场介入,民营企业开始涌入市场;2019到2025年是爆发期,由于新能源汽车的发展,充电桩的建设呈爆发式增长,中国在这个阶段已经建成全球最大的充电网络。在不久的将来,中国公共充电服务市场会进入成熟期,包括整个运营、商业模式、生态体系等都将发展成熟。



我国充电站保有量已经超500万台。但相比于电动车的快速发展,虽然充换电基础设施建设速度明显加快,但仍有巨大的充电桩缺口。到2022年底,国内车桩比也才为2.5:1,并且超过一半是私人充电桩。根据工信部规划,到2025年我国将实现车桩比2:1,2030年车比1:1,因此,我国充电桩建设有望提速。


02

技术发展


但充电桩的建设和发展,其实对电网是有冲击的。例如对配电网负荷曲线的影响、对系统电压偏差的影响、对系统网损增加的影响、对系统三相平衡的影响、对变电站供电范围和短路容量的影响、对系统三相平衡的影响等。



充电站建设所带来的一系列问题,为“光伏+储能+充电”一体化发展提供了良好的机遇。“光储充”简单来说是将光伏、储能、充电桩等元素通过电力电子转换技术结合在一起,组成小型的源、网、荷、储新型电力系统。它能够实现绿色能源高效友好利用,如解决分布式新能源随机性、波动性的问题;通过储能实现削峰填谷、需求响应、电网调峰调频等降低用能成本;与电动车V2G技术结合,创新性进行用能与发电载体融合的科技实践;对充电负荷进行分类、分析以及智能化控制,探索与新能源车的结合形式等。


因此,“光储充”的结合能够很好解决光伏消纳能力不足和电网冲击等问题。直流和交流充电桩、微电网、容量配置以及车辆对网(V2G)等,都是“光储充”研究的热点和发展方向,同时也包括商业模式等相关问题。



为了推动新能源汽车及充电服务市场的发展,政府出台了一系列激励政策,包括针对新能源车和充电桩建设的政策规划以及促进“光储充一体化”建设运营的补贴政策。这些政策将为新能源汽车及充电服务市场的健康发展提供有力支持。不久的将来,“光储充一体化车棚”将成为普遍存在的便民基础设施。


03

 应用场景


“光储充”在各应用场景的特点包括:一是实现光伏最大化自发自用,余电储存备用或直接用于充电;二是促进光伏就地消纳,减少城市的用电压力,实现业主自身的经济效益最大化;三是通过一体化建设,车棚上布局光伏,提高城市空间综合利用率;四是丰富城市和城际的基础设施,最大化方便市民出行。


我们把 “光储充”电站应用场景大致分为三类:第一类是城市充电站,主要指的是建设在公共停车场、物业小区内、以及商场的充电站。通过在这些地方建设“光储充”电站,满足城市私家车和营运、货运车辆等充电需求,它相当于一个城市里面的加油站,最大的特点就是便捷,这些车辆的停车时段较长,此时就不需要大功率充电桩;第二类是高速服务区,主要是满足长途旅行的需求,这个时候就需要大功率充电桩完成快速充电;第三类是工业园区,工厂的建设空间较为充裕,安全是首要考虑因素。同时,在“双碳”的大背景下,政府要求企业清洁生产、节能减排,这样一来,“光储充”的设计还能抵消一定的碳排放,帮助企业实现减排目标。此外,还有港口、民航、工业器械等特殊的充电场景。



“光储充”电站的核心是停车充电一体化,也就是即插即用。例如,我们把车停在公司,顺手连接上充电桩,实现停车即充电。关于充电时间段和时长,下午四点到六点,或者晚上十点到两点,这两个时间段充电比较集中,形成高峰,对电网会产生一定影响;而营运车辆一般会在中午午休的时候。“光储充”的结合,可以弱化充电高峰的影响,弱化车主充电习惯的影响,通过“光储充”电站的智能控制,实现即插即用的同时避免对电网造成冲击。


需要指出的是,单纯的充电桩及电网调控与“光储充”电站系统调节负荷是存在较大区别的。例如单纯的电网调控,用电单位只能根据用电负荷、充电桩负荷,提前计划用电设备的开和关,无法根据峰谷电价等策略进行智能用电。如果是“光储充一体化”系统,在光伏的基础上加入储能电池,具备多种控制策略,可以通过电池的充放电能力弥补光伏发电不稳定的缺点,实现供电和用电的基本平衡,使整个系统的可操控性更强,这就不必限制光伏的发电和充电桩的用电了。



04

建设难点


在“光储充”电站场景规划方面,主要分为四步:设计、选型、建设、运营。


设计指的是场景设计,决定了充电桩是大功率还是低功率,储能电池大容量还是小容量;其次是系统配置和布局,要结合电站服务的新能源车类型和数量,设计规模适合的、满足车辆充电需求的规划。


选型包括光伏组件、储能电池、充电桩类型。


建设包含合作模式,这里主要是指的EPC模式、EMC模式、设备提供解决方案、租赁合作等合作建设模式。


运营有两个层次的含义,一个是充电桩运营商业模式,是指提供充电站设备和充电服务的商业模式,例如一些运营商会有自己的电价模板;而“光储充”系统运营模式指的是根据政策、电价、能源策略,对设备进行监控、大数据分析,根据宏观环境制定相应的电站运行策略。



“光储充”电站的建设势必会遇到诸多挑战,比如,在宏观层面,分布式光伏大量接入配电网,以及电动汽车群集中高峰期充电,均会对电网造成冲击。


对于电动车充电而言,目前单个直流快充桩的功率在60kW以上,一台直流快充桩运行,大约相当于二三十个家庭的用电量,这对电网的冲击是很大的。其次,电动汽车蓄电池充电属非线性负荷,充电过程中会也产生谐波。谐波会对电网造成危害,引起线路或变压器附加损耗增加和发热,当充电站的电动汽车采用大电流快速充电时,会形成150~600A的大电流,这可能会造成电网不稳定,并且过分密集的集中充电可能导致充电站瞬时负荷过大,对电网的负荷调节能力、载荷能力以及电源容量均造成考验。在这样的情况下,“光储充”的合理配置就十分重要了,特别是储能系统的配置,一方面提高了光伏能源的消纳能力,一方面加强了“光储充”系统的用电灵活性,减少了新能源车大量接入对电网的瞬时冲击。


此外,还有“光储充”电站建设的挑战。首先是设计,一是基础设施建设不足,虽然充电桩数量增长迅速,但是远远无法满足充电需求,充电难现象依旧突出;二是效率低,大部分充电站的桩车比是按照1:3或1:4的情况进行配置,服务车辆少,效率低;三是布局不平衡,场景定义不准确,造成浪费。


其次是关于选型和建设,一是建设成本高,充电场站投入成本高,前期调研规划选型必要性高;二是建设用地稀缺,场地难觅、拿地难;三是协调难度大,建设过程中具有众多利益主体,协调难度大。


最后是运营,主要是模式不成熟,包括系统策略的运营、经营模式的运营,系统策略主要是结合“光储充”一体化来制定充放电策略,经营模式指的是运营商的经营策略。



总的来说,“光储充”系统是微电网中不可或缺的重要组成部分。经过不断克服困难和挑战,该系统已成为配电增扩容的理想选择,具有系统控制简单、调度响应快等优势。此外,它还适用于短时脉冲负荷的应用场景,并且可以实现离网运行。可以说,在未来,"光储充"系统是一个强有力的发展方向,必将在微电网领域发挥重要作用。

 
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